Vedci po prvý raz použili mimoriadne presnú metódu úpravy genómu na skúmanie funkcie génu v ľudských embryách a ukázali, že gén NANOG je nevyhnutný pre vznik buniek, z ktorých sa neskôr vytvorí telo. Tím vedený University of Cambridge zistil, že keď v ranom embryu zablokoval tento gén pomocou techniky nazývanej base editing, bunky sa nedokázali vyvinúť na epiblast – teda vrstvu pluripotentných buniek, z ktorej vznikajú všetky tkanivá tela.
Snímka zobrazuje: First use of precision editing to study human embryo development reveals role of master gene.
Výskum sa zameral na najskoršie dni po oplodnení, keď sa rozhoduje o tom, aké typy buniek v embryu vzniknú. Práve v tomto období je mimoriadne ťažké sledovať úlohu jednotlivých génov priamo v ľudskom embryu, pretože bežnejšie metódy genetickej úpravy môžu spôsobiť nežiaduce poškodenie DNA. Base editing je presnejšia verzia CRISPR/Cas9 a dokáže zmeniť jediný nukleotidový pár v ľudskom genóme, ktorý obsahuje približne 3 miliardy párov báz.
Keď výskumníci vyradili funkciu génu NANOG, epiblast sa nevytvoril správne. Naopak, bunky, z ktorých neskôr vznikajú placenta a žĺtkový vak, sa vytvárať mohli aj bez tohto génu. Výsledok ukazuje, že NANOG je pre vývoj budúcich telových buniek zásadný, no nie je rovnako nevyhnutný pre všetky podporné embryonálne tkanivá.
To je dôležité aj preto, že doterajšie poznatky o NANOG vo veľkej miere vychádzali zo zvieracích modelov, najmä z výskumu na myšiach. Nová práca však ukazuje, že úloha tohto génu sa v ľudských a myších embryách neprekrýva úplne. Pri myšiach strata NANOG narušila epiblast aj žĺtkový vak, kým v ľudských embryách sa hlavný účinok prejavil predovšetkým v epiblaste. Podľa autorov je to ďalší dôvod, prečo nemožno všetky závery zo zvieracích modelov jednoducho preniesť na človeka.
Výskumníci zároveň zdôrazňujú, že práve vysoká presnosť base editingu znižuje riziko nechcených chromozómových chýb, ktoré sa môžu objaviť pri bežnejšom CRISPR/Cas9. Aj preto ide o prvý prípad, keď sa táto technika použila nie iba na úpravu ľudských embryí, ale priamo na skúmanie funkcie konkrétneho génu počas raného vývoja.
Praktický význam je širší než samotný opis jedného génu. Lepšie pochopenie génov, ktoré riadia prvé dni vývoja, môže v budúcnosti pomôcť pri výskume neúspešných tehotenstiev aj pri zlepšovaní úspešnosti IVF. Autori tiež pripomínajú, že presnejšie genetické nástroje by sa raz mohli skúmať aj v súvislosti s dedičnými ochoreniami, napríklad cystickou fibrózou či Huntingtonovou chorobou. V Spojenom kráľovstve však takýto klinický zásah do embryí dnes zákon neumožňuje a prípadné budúce využitie by si vyžadovalo rozsiahle testovanie bezpečnosti, ďalší technický vývoj aj širokú verejnú diskusiu.
Do štúdie sa zapojili darované nevyužité embryá, vajíčka a spermie od párov, ktoré podstúpili IVF liečbu. Embryá pestovali v laboratóriu najviac šesť a pol dňa po oplodnení a následne ich nechali zaniknúť. Výskum prebiehal na základe výskumnej licencie a pod prísnym dohľadom Human Fertilisation and Embryology Authority, pričom ho schválila aj Newcastle and North Tyneside Research Ethics Committee. Štúdia vyšla v časopise Nature.
Čo je base editing a čím sa líši od CRISPR/Cas9
Base editing patrí do širšej rodiny nástrojov na úpravu genómu, no na rozdiel od klasického CRISPR/Cas9 nefunguje ako „molekulárne nožnice“, ktoré DNA prestrihnú. Všeobecne povedané, táto metóda umožňuje prepísať jeden konkrétny pár báz bez toho, aby musela DNA prejsť dvojvláknovým zlomom. Práve tým sa vysvetľuje nižšie riziko niektorých neúmyselných chýb, najmä väčších chromozómových porúch.
Snímka zobrazuje: Two human embryos, with (left) and without (right) the gene NANOG.
V kontexte tejto štúdie je podstatné, že takáto presnosť umožnila zasiahnuť jeden gén v ľudských embryonálnych bunkách a potom sledovať, čo sa stane počas vývoja. To otvára cestu k priamejšiemu skúmaniu génových funkcií v období, ktoré bolo doteraz experimentálne veľmi ťažko dostupné.
Prečo je gén NANOG taký dôležitý
NANOG patrí medzi gény spojené s pluripotenciou, teda so schopnosťou buniek premeniť sa na prakticky akýkoľvek špecializovaný typ bunky v tele. V ranom embryu je to kľúčová vlastnosť, pretože práve z pluripotentných buniek sa neskôr vytvoria jednotlivé orgány a tkanivá.
Snímka zobrazuje: Development of human embryos in first week after fertilisation.
Zdroj uvádza, že bez NANOG sa v ľudskom embryu nepodarilo vytvoriť epiblast. To v praxi znamená, že embryo stratilo schopnosť založiť bunkovú líniu, z ktorej by vzniklo samotné telo. Zároveň však nešlo o úplné zastavenie všetkých vývojových procesov, keďže podporné tkanivá ako placenta a žĺtkový vak sa ešte formovať mohli.
Prečo nestačia poznatky zo zvieracích modelov
Výskum na zvieratách, najmä na myšiach, bol pre identifikáciu NANOG ako dôležitého génu zásadný. Bez týchto dlhoročných experimentov by vedci pravdepodobne nevedeli, na ktoré gény sa v ľudskom embryu sústrediť. Nová práca však ukazuje, že podobnosť medzi druhmi má svoje hranice.
V tomto prípade sa účinok straty NANOG v ľudskom embryu nezhodoval úplne s tým, čo ukázali myšie experimenty. To je dôležitá pripomienka aj pre širší biomedicínsky výskum: zvieracie modely sú nevyhnutné, ale pri otázkach raného ľudského vývoja nemusia vždy presne odrážať biologickú realitu človeka.
Čo to môže znamenať pre IVF a výskum tehotenstva
Autori spájajú lepšie poznanie génov raného vývoja s možnými budúcimi prínosmi pre reprodukčnú medicínu. Ak vedci presnejšie pochopia, ktoré gény riadia vznik kľúčových bunkových línií v prvých dňoch po oplodnení, môže to časom pomôcť pri vysvetľovaní niektorých zlyhaní implantácie, skorých strát tehotenstva alebo rozdielov v úspešnosti IVF.
Zdroj zároveň pripomína význam žĺtkového vaku a placenty ako podporných štruktúr pre vyvíjajúce sa embryo. Hoci táto štúdia neponúka klinické riešenie, pridáva základný biologický poznatok, na ktorom sa takéto budúce aplikácie môžu stavať.
Hranice výskumu, etika a čo bude nasledovať
Štúdia neznamená, že genetická úprava ľudských embryí je pripravená na klinické použitie. Samotní autori upozorňujú, že prípadné budúce využitie by si vyžadovalo rozsiahle bezpečnostné testy, ďalší vývoj metódy a širokú spoločenskú podporu. V Spojenom kráľovstve navyše takéto klinické použitie v súčasnosti nie je legálne prípustné.
Dôležité je aj to, že tento výskum prebiehal v prísne regulovanom rámci a slúžil na základné poznanie ľudského vývoja, nie na vznik tehotenstva alebo narodenie geneticky upraveného dieťaťa. Najbližším krokom preto nebude klinická prax, ale skôr ďalšie overovanie toho, ako presne base editing funguje v ľudských embryonálnych bunkách a ktoré ďalšie gény možno týmto spôsobom bezpečne skúmať.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
